硬脂酸镧的合成及其在线性低密度聚乙烯中的应用研究

发布时间：2020-04-06 12:07

【摘要】：线性低密度聚乙烯(LLDPE)是一种由乙烯与α-烯烃聚合而成,分子呈线性结构的共聚物,相比于低密度聚乙烯(LDPE)具有优异抗撕裂强度,抗穿刺强度及拉伸强度,被广泛的的应用于管材、薄膜线缆等制造领域。但使用齐格勒-纳塔催化剂生产的线性低密度聚乙烯会残留有一定的氯离子,从而造成设备的腐蚀与树脂的变色与老化。为解决此问题需要向树脂中添加除酸剂及抗氧剂。常用的除酸剂有硬脂酸钙(CaSt)、硬脂酸锌(ZnSt)等。硬脂酸稀土作为聚氯乙烯(PVC)材料热稳定剂,与硬脂酸铅、硬脂酸镉等金属皂热稳定剂相比,具有无毒和长效稳定性高的优势。鲜有文献研究报道硬脂酸稀土在LLDPE中的应用情况,因此研究硬脂酸稀土在LLDPE中的应用,对于提高产品质量、开发差异化新产品具有重要意义。在众多硬脂酸稀土中,由于镧元素丰度高,硬脂酸镧相对易得,最具有研究应用价值。硬脂酸镧的制备方法有复分解法、熔融法、皂化法等。本文对两种硬脂酸镧合成工艺进行了研究:以氧化镧为原料,通过水化法合成氢氧化镧,然后通过氢氧化镧和硬脂酸发生中和反应,制备硬脂酸镧;通过优化复分解工艺制备硬脂酸镧。通过多次挤出试验,对比分析使用硬脂酸镧的LLDPE的熔融流动指数(MFR)的变化,以判断硬脂酸镧作为共稳定剂的加工稳定性;通过拉伸性能测试,考察添加硬脂酸镧后的LLDPE产品力学性能的变化。(1)进行了硬脂酸、La_2O_3与水在水浴条件下一步合成硬脂酸镧实验。考察了投料顺序、乙醇加入、H_2O_2用量以及反应时间对反应的影响。实验结果表明硬脂酸、La_2O_3与水在水浴条件下,直接反应制硬脂酸镧反应过程缓慢,硬脂酸残留量大。在使用乙醇做溶剂,使用H_2O_2做催化剂可以加快反应的进行,但是产物颜色偏黄。(2)通过优化的复分解法制备了低游离酸含量粉末状的硬脂酸镧。考察了水和硬脂酸的液固比、洗涤次数对反应的影响。经实验优化的工艺条件如下:在持续搅拌的三口烧瓶中,硬脂酸和硝酸镧的摩尔比3:1,水和硬脂酸的质量比12.5:1,酸碱中和反应时间和复分解反应时间均为45min,反应温度80-90℃,用70-80℃热水抽滤洗涤三次。产物中游离酸含量0.60%。所得产物中的游离酸含量0.60%,熔点121-134℃。(3)进行了基础样品(含主抗氧剂和辅助抗氧剂)、硬脂酸锌和硬脂酸镧在LLDPE中的应用对比实验。采用了多次挤出测量熔融流动指数(MFR)的方法表征材料的热稳定性。对挤压造粒的LLDPE颗粒进行了力学拉伸实验。结果表明加入硬脂酸镧可以稳定LLDPE首次挤出时的MFR,避免树脂降解。LLDPE中加入硬脂酸镧后,材料的拉伸屈服应力变化不明显。当硬脂酸镧在LLDPE中的添加比例达到0.2%时,LLDPE的拉伸断裂标称应变比空白样品提高了14%,比添加相同比例ZnSt的样品提高了12%。
【图文】：

- 27 -1-铁架台；2-温度计；3-恒温水浴锅；4-电动搅拌器；5-三口烧瓶；6-蠕动泵图2.1 实验装置示意图实验所用主要仪器设备列于表 2.2 中。表2.2 实验设备序号 设备名称 设备型号 生产厂家1 电子天平 SOP 赛多利斯科学仪器2 电动搅伴器 JB50 郑州杜甫仪器3 探针数显温度计 T105 深圳市拓尔为电子科技有限公司4 电热鼓风干燥箱 DZKW-D-1 上海一恒科学仪器有限公司5 循环水真空泵 SHB-ⅢA 上海豫康科教仪器有限责任公司6 箱式电阻炉 SRJX-4-13 北京中兴伟业仪器7 电热恒温水浴锅 HH-ZK4 北京市永光明医疗仪器有心公司8 熔点仪 MP80 梅特勒-托利多国际有限公司9 搅拌器 LMX-10-US Labtech Engineering Co.,Ltd.10 双螺杆挤出机 LTE26-40 Labtech Engineering Co.,Ltd.11 注塑机 Classix CX80-380 克劳斯玛菲技术有限公司12 电子拉力万能试验机 5965 美国英斯特朗公司13 熔融流动指数测试仪 7026 意大利西斯特公司

图 4.1 水和硬脂酸的质量比对游离酸含量的影响从图 4.1 可以看出当水和硬脂酸的质量比是 12.5:1 时，产品中游离酸含量到 0.60%。水和硬脂酸的质量比过低或者过高时，游离酸含量均上涨。这可当水和硬脂酸的质量比过低时，反应器内硬脂酸钠和硬脂酸的混合溶液粘度的不容易分散，导致反应速率下降，游离含量上涨；当水和硬脂酸的质量，原料的浓度下降，反应速度下降，导致游离酸含量上涨。4.2 洗涤次数的影响为了降低产物中的硬脂酸和硝酸镧的残留量，，采取了搅拌条件下热水洗涤式，对产物进行提纯。为了熔化硬脂酸并降低能耗，热水温度控制在 70-80℃。每次用量量 250发现，随着洗涤次数的增加，滤饼板结程度下降，产物的粒度变小，出现粉
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.12

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本文编号：2616491